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1、第五章第五章 化工生产中的重要非金属材料化工生产中的重要非金属材料第二节第二节 氮及其化合物氮及其化合物1、物理性质：物理性质：无色无色、易挥发、有刺激性气味的液体，能与水、易挥发、有刺激性气味的液体，能与水以任意比互溶。以任意比互溶。温馨提示温馨提示:(1)常用浓常用浓硝酸硝酸的质量的质量分数约为分数约为69%(约约15mol/L)(2)质质量量分分数数为为98%以以上上的的浓浓硝硝酸酸在在空空气气里里由由于于挥挥发发出出来来的的硝硝酸酸遇遇到到空空气气里里的的水水蒸蒸气气生生成成了了极极微微小小的的硝硝酸酸液液滴滴而而产产生生“发发烟烟”现象现象，通常通常叫做叫做发烟硝酸发烟硝酸。四、硝酸
2、四、硝酸2、硝酸的化学性质硝酸的化学性质(1)酸的通性酸的通性与指示剂反应：与指示剂反应：稀稀HNO3使紫色石蕊使紫色石蕊试液由紫色变成试液由紫色变成红红色；色；浓浓HNO3使紫色石蕊试液使紫色石蕊试液先变先变红红(H)后褪色后褪色(强氧化性强氧化性)与碱反应：与碱反应：HNO3NaOHNaNO3H2O与碱性氧化物反应：与碱性氧化物反应：2HNO3CaOCa(NO3)2H2O与弱酸盐反应：与弱酸盐反应：2HNO3Na2CO32NaNO3H2OCO2四、硝酸四、硝酸2、硝酸的化学性质硝酸的化学性质(2)不稳定性不稳定性贮存：贮存：一般一般将浓硝酸保存在将浓硝酸保存在棕色棕色试剂试剂瓶中，并避光放
3、置于阴凉处瓶中，并避光放置于阴凉处4HNO3=4NO2+O2+2H2O受热受热或光照或光照原因分析：原因分析：硝酸分解硝酸分解产生产生的的NO2溶溶于于在其中在其中工业工业盐酸中因含有盐酸中因含有Fe3而而呈呈黄色黄色四、硝酸四、硝酸2、硝酸的化学性质硝酸的化学性质(3)强强氧化性氧化性与金属反应与金属反应实验实验5 8：在在橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌橡胶塞侧面挖一个凹槽，并嵌入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管入下端卷成螺旋状的铜丝。向两支具支试管中分别加入中分别加入2mL浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞浓硝酸和稀硝酸，用橡胶塞塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观察并比塞住试管口，使铜丝与硝酸接触，观
4、察并比较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。较实验现象。向上拉铜丝，终止反应。四、硝酸四、硝酸浓硝酸浓硝酸稀硝酸稀硝酸实验实验现象现象结论结论反反应应剧剧烈烈，有有红红棕棕色色气气体体生生成成，溶溶液呈绿色液呈绿色反反应应缓缓慢慢，有有气气泡泡产产生生，在在接接近近试试管管口口处处观观察察到到浅浅红红棕棕色色气气体体，试试管管中溶液呈蓝色中溶液呈蓝色反应生成反应生成NO2反应生成反应生成NOCu4HNO3(浓浓)Cu(NO3)22NO22H2O3Cu8HNO3(稀稀)3Cu(NO3)22NO4H2O四、硝酸四、硝酸与金属反应与金属反应与与Cu的反应的反应Cu4HNO3(浓浓)Cu(NO3)22NO
5、22H2O3Cu8HNO3(稀稀)3Cu(NO3)22NO4H2O离子方程式：离子方程式：Cu4H2NO3Cu22NO22H2O3Cu8H2NO33Cu22NO4H2O四、硝酸四、硝酸Fe6HNO3(浓浓)=2Fe(NO3)33NO23H2O 常常温温下下，Fe、Al的的表表面面会会被被浓浓硝硝酸酸氧氧化化，生生成成一一层层致致密密的的氧氧化化物物薄薄膜膜，这这层层薄薄膜膜阻阻止止了了酸酸与与内内层层金金属属的的进进一一步步反反应应(浓浓硝硝酸酸可可用用铝铝槽槽车车运运输输)。加加热热时时，浓浓硝硝酸酸会会破破坏坏氧氧化化层层继继续续发发生反应。生反应。与金属反应与金属反应与与Fe的反应的反应
6、思考：思考：随着随着反应的反应的进行进行浓硝酸变稀，又会发生怎样的反应呢浓硝酸变稀，又会发生怎样的反应呢？Fe4HNO3(稀稀)Fe(NO3)3NO2H2O四、硝酸四、硝酸与金属反应与金属反应与与Fe的反应的反应Fe6HNO3(浓浓)=2Fe(NO3)33NO23H2OFe4HNO3(稀稀)Fe(NO3)3NO2H2O思考：思考：与稀硝酸反应与稀硝酸反应当当Fe过量时过量时，又有何反应发生？，又有何反应发生？Fe2Fe(NO3)33Fe(NO3)2Fe4HNO3(稀稀)Fe(NO3)3NO2H2O两式加两式加得总式得总式3Fe(过过)8HNO3(稀稀)3Fe(NO3)22NO4H2O四、硝酸四
7、、硝酸与金属反应与金属反应与与Fe的反应的反应Fe6HNO3(浓浓)=2Fe(NO3)33NO23H2OFe(少量少量)4HNO3(稀稀)Fe(NO3)3NO2H2O3Fe(过量过量)8HNO3(稀稀)3Fe(NO3)22NO4H2OFeHNO3(浓浓)钝化钝化(常温下常温下)四、硝酸四、硝酸浓浓硝硝酸酸与与浓浓盐盐酸酸以以1:3的的体体积积比比混混合合，所所得得混混合合物物称称为为王王水水，它能它能溶解溶解一些一些不溶于硝酸的金属，如金、铂不溶于硝酸的金属，如金、铂等等AuHNO34HClNO2H2OHAuCl4 四四氯合金氯合金酸酸3Pt4HNO318HCl4NO8H2O3H2PtCl6
8、六六氯合铂氯合铂酸酸与金属反应与金属反应与与Pt、Au的反应的反应四、硝酸四、硝酸小结：硝酸小结：硝酸与金属反应的规律与金属反应的规律(1)可可与绝大多数金属与绝大多数金属反应反应(除除Pt、Au外外)；(2)金属与金属与HNO3反应时，金属被氧化成反应时，金属被氧化成高价高价硝酸盐，一般硝酸盐，一般情况情况下：下：浓浓HNO3 NO2，稀稀HNO3 NO；(4)常温下浓常温下浓硝酸使硝酸使铁、铝铁、铝等金属等金属钝化，加热可反应钝化，加热可反应(3)硝酸硝酸浓度越高，氧化性越浓度越高，氧化性越强强(浓浓稀稀)；(5)铁铁与稀硝酸反应与稀硝酸反应，产物与两者的量有关：，产物与两者的量有关：若若
9、Fe少量少量 Fe(NO3)3；若；若Fe过量过量 Fe(NO3)2四、硝酸四、硝酸(3)强强氧化性氧化性与非金属反应：与非金属反应：浓硝酸浓硝酸与与非金属单质非金属单质C、P、S等在加热条等在加热条件下反应，非金属单质被氧件下反应，非金属单质被氧化至最高价氧化物或含氧酸，自化至最高价氧化物或含氧酸，自身被还原为身被还原为NO2。P5HNO3(浓浓)=H3PO45NO2H2OS6HNO3(浓浓)=H2SO46NO22H2OC4HNO3(浓浓)=CO24NO22H2O四、硝酸四、硝酸(3)强强氧化性氧化性与还原性化合物反应：与还原性化合物反应：可氧化可氧化Fe2、SO32、SO2、I、FeO等还
10、原性物质等还原性物质3Fe2NO3 4H 3Fe3NO2H2O3SO32 2NO3 2H3SO42 2NOH2O3SO22NO3 2H2O3SO42 2NO4H6I +2NO3+8H+3I22NO4H2O3FeONO3 10H3Fe3NO5H2O四、硝酸四、硝酸练练、下列下列各组离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的各组离子因发生氧化还原反应而不能大量共存的是是()(双选双选)A.HCO3、OH、Na、Cl B.Fe2、H、NO3、Cl C.Cu2、Na、S2、SO42 D.H、K、SO32、S2 BD四、硝酸四、硝酸3、硝酸的工业制法硝酸的工业制法硝酸硝酸是重要的化工原料，用于制化肥、农药、
11、炸药、染料等。是重要的化工原料，用于制化肥、农药、炸药、染料等。工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图工业上制硝酸的原理是将氨经过一系列反应得到硝酸，如下图所示：所示：N2 NH3 NO NO2 HNO3H2O2O2H2O(1)写出写出每一步反应的化学方程式。每一步反应的化学方程式。(2)请请分分析析上上述述反反应应中中的的物物质质类类别别和和氮氮元元素素化化合合价价的的变变化化情情况况，以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。以及每一步反应中含氮物质发生的是氧化反应还是还原反应。四、硝酸四、硝酸1、思维思维模型模型金属金属HNO3参与反应参与反应未参与未参与反应
12、反应体现体现酸性酸性体现体现氧化氧化性性M(NO3)xNOx等等全部电离，可以全部电离，可以参加其他反应参加其他反应两两个个守恒守恒一个一个关系关系一个一个技巧技巧N原子守恒原子守恒得失电子守恒得失电子守恒起起酸酸性性作作用用的的HNO3的的物物质质的的量量等等于于生生成成的的硝硝酸盐中酸盐中NO3 的物质的量的物质的量利利用用离离子子方方程程式式快快速速找找出各种量的相互关系出各种量的相互关系拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算2、计算计算技巧技巧(1)原子原子守恒守恒法法:HNO3与与金金属属反反应应时时，一一部部分分HNO3起起酸酸的的作作用用，以以NO3 的的形形式式存
13、存在在于于溶溶液液中中；一一部部分分作作为为氧氧化化剂剂转转化化为为还还原原产产物物，这这两两部部分分中中氮氮原原子子的的总总物物质质的的量量等等于于反反应应消消耗耗的的HNO3中中氮原子的物质的量。氮原子的物质的量。即：即：n(HNO3)xn(硝酸盐硝酸盐)yn(还原产物还原产物)拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算例例、将将32.64g铜铜与与140mL一一定定浓浓度度的的硝硝酸酸反反应应，铜铜完完全全溶溶解解，产产生生的的NO和和NO2混混合合气气体体在在标标准准状状况况下下的的体体积积为为11.2 L。请请回答下列问题：回答下列问题：(1)参加反应的参加反应的HNO3的
14、物质的量是的物质的量是_。解析解析：参加参加反应的反应的HNO3分两分两部分部分：一部分显酸性生成一部分显酸性生成Cu(NO3)2；另另一部分被还原成一部分被还原成NO2和和NOn(HNO3)2n(Cu)n(NO2)n(NO)0.51mol20.5mol1.52mol拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算2、计算计算技巧技巧(2)得失电子得失电子守恒法守恒法:即即:xn(金属金属失去失去)e yn(N得到得到)e HNO3与金属的反应属于氧化还原反应，与金属的反应属于氧化还原反应，HNO3中氮原子得电子的物质的中氮原子得电子的物质的量量金属金属失电子的物质的量。失电子的物质的量。
15、拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算例例、将将32.64g铜铜与与140mL一一定定浓浓度度的的硝硝酸酸反反应应，铜铜完完全全溶溶解解，产产生生的的NO和和NO2混混合合气气体体在在标标准准状状况况下下的的体体积积为为11.2 L。请请回答下列问题：回答下列问题：(2)NO的体积为的体积为_L，NO2的体积为的体积为_L。解析解析：(1)n(Cu)0.51 mol，设混合气体中，设混合气体中NO的物质的量为的物质的量为x mol，NO2的物质的量为的物质的量为y mol根据气体的总体积为根据气体的总体积为11.2 L，则，则有有：xy0.5 mol根据得失电子根据得失电子守恒有
16、守恒有：3xy(0.512)mol解方程组解方程组得得：x0.26 mol，y0.24 mol5.8245.376拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算例例、将将32.64g铜铜与与140mL一一定定浓浓度度的的硝硝酸酸反反应应，铜铜完完全全溶溶解解，产产生生的的NO和和NO2混混合合气气体体在在标标准准状状况况下下的的体体积积为为11.2 L。请请回回答下列问题：答下列问题：(3)产生的气体全部释放产生的气体全部释放后后，向向溶液中加入溶液中加入V mL a mol/L的的NaOH溶液溶液，恰好恰好使溶液中的使溶液中的Cu2全部全部转化成转化成沉淀沉淀，则则原硝酸原硝酸的浓度的
17、浓度_mol/L。解解析析：HNO3部部分分变变成成气气体体，部部分分以以NO3 形形式式留留在在溶溶液液中中。变变成成气气体体的的HNO3的的物物质质的的量量为为0.5 mol。加加入入NaOH溶溶液液至至正正好好使使溶溶液液中中Cu2+全全部部转转化化为为沉沉淀淀，则则溶溶液液中中只只有有NaNO3，其其物物质质的的量量为为103aV mol，以以NO3 形形式式留留在在溶溶液液中中的的HNO3的的物物质质的的量量为为103aV mol。10 3aV0.50.14拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算例例、将将32.64g铜铜与与140mL一一定定浓浓度度的的硝硝酸酸反反应应
18、，铜铜完完全全溶溶解解，产产生生的的NO和和NO2混混合合气气体体在在标标准准状状况况下下的的体体积积为为11.2 L。请请回回答下列问题：答下列问题：(4)欲使铜与硝酸反应生成的气体在欲使铜与硝酸反应生成的气体在NaOH溶液中溶液中全部转化为全部转化为NaNO3，至少至少需要需要30%的的双氧水双氧水_g。解析解析：由由得失电子守恒得失电子守恒得得：2n(Cu)2n(H2O2)n(H2O2)n(Cu)0.51 mol则则m(H2O2)17.34 g需需30%的的双氧水双氧水：17.34 g30%57.8 g拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算(3)离子方程式计算法：离子方程式
19、计算法：即：即：3Cu8H2NO33Cu22NO4H2O2、计算计算技巧技巧 金金属属与与H2SO4、HNO3的的混混合合酸酸反反应应时时，由由于于硝硝酸酸盐盐中中NO3 在在H2SO4提提供供H的的条条件件下下能能继继续续与与金金属属反反应，此类题目应用离子方程式来应，此类题目应用离子方程式来计算计算拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算练练、某某100 mL混混合合溶溶液液中中，硝硝酸酸和和硫硫酸酸的的物物质质的的量量浓浓度度分分别别为为0.4 mol/L和和0.1 mol/L，向向该该混混合合溶溶液液中中加加入入1.92g铜铜粉粉，加加热热待待充分反应充分反应后后，所得所得
20、溶液中溶液中Cu2的物质的量浓度的物质的量浓度是是_mol/L。3Cu8HNO33Cu(NO3)22NO4H2O0.030.040.0153Cu8H2NO33Cu22NO4H2O0.030.060.040.0225拓展：拓展：硝酸与金属反应的计算硝酸与金属反应的计算“空中死神空中死神”酸雨酸雨SO2、NOx五、酸雨及防治五、酸雨及防治1、空气中、空气中SO2、NOx的主要来源的主要来源(1)SO2煤、石油煤、石油等化石燃料的燃烧等化石燃料的燃烧含硫金属矿物含硫金属矿物的冶炼的冶炼(2)NOx汽车尾气汽车尾气(N2O2在内燃机内反应生成在内燃机内反应生成NO，NO遇空气转化为遇空气转化为NO2)
21、硝酸硝酸工业废气中含有工业废气中含有NO、NO2等等五、酸雨及防治五、酸雨及防治2、SO2和和NOx的危害的危害(1)引起大气污染，引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重引起大气污染，引起呼吸道疾病，危害人体健康，严重时会使人死亡。时会使人死亡。(2)形成酸雨形成酸雨。(3)产生光化学烟雾产生光化学烟雾(氮氮氧化物与碳氢化合物在氧化物与碳氢化合物在阳光阳光(紫外线紫外线)作作用下，发生化学反应，产生一种有毒的用下，发生化学反应，产生一种有毒的烟雾烟雾)。五、酸雨及防治五、酸雨及防治3、酸雨、酸雨(1)概念：概念：(2)成因：成因：(3)类型：类型：pH5.6的的降降水水(正常雨水的正常雨水的pH约
22、为约为5.6)主要由大气中主要由大气中的的SO2、NOx以及它们在大气中发以及它们在大气中发生反应后的生成物溶于雨水形成的生反应后的生成物溶于雨水形成的硫酸型硫酸型SO2粉尘等催化剂作用粉尘等催化剂作用O2SO3H2OH2SO4雨水雨水H2SO3空气空气中的中的O2H2SO4五、酸雨及防治五、酸雨及防治硝酸型硝酸型主要反应：主要反应：2NOO22NO2、3NO2H2O2HNO3NO五、酸雨及防治五、酸雨及防治(3)类型：类型：硫酸型硫酸型SO2粉尘等催化剂作用粉尘等催化剂作用O2SO3H2OH2SO4雨水雨水H2SO3空气空气中的中的O2H2SO4(4)危害：危害：直接损伤农作物，直接损伤农作
23、物，破坏破坏森林森林和和草原草原，使土壤使土壤、湖湖泊泊酸化酸化加速建筑加速建筑物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的物、桥梁、工业设备、运输工具和电缆的腐蚀腐蚀(5)防治：防治：调整调整能源结构能源结构，发展清洁能源。，发展清洁能源。研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少研究煤的脱硫技术，改进燃烧技术，减少SO2和氮氧化物和氮氧化物排放。排放。改进汽车改进汽车尾气处理尾气处理技术技术，提高汽车尾气排放标准，提高汽车尾气排放标准。加强工厂废气的回收加强工厂废气的回收处理及利用处理及利用。五、酸雨及防治五、酸雨及防治1、常见的、常见的SO2吸收、处理方法吸收、处理方法(1)“钙钙基固基固硫硫法法”脱
24、硫原理脱硫原理CaOSO2CaSO32CaSO3O22CaSO4(2)“石灰石石灰石/石灰石灰 石膏法石膏法”脱硫原理脱硫原理CaCO3SO2CaSO3CO22CaSO3O22CaSO4Ca(OH)2SO2CaSO3H2O拓展：拓展：SO2和和NOx的吸收、处理方法的吸收、处理方法1、常见的、常见的SO2吸收、处理方法吸收、处理方法(3)“氨水脱硫氨水脱硫法法”脱硫脱硫的的原理原理SO2(过量过量)NH3H2ONH4HSO3SO2(少量少量)2NH3H2O(NH4)2SO32(NH4)2SO3 O22(NH4)2SO42NH4HSO3 O22NH4HSO4拓展：拓展：SO2和和NOx的吸收、处
25、理方法的吸收、处理方法2、常见的、常见的氮氮氧化物氧化物吸收、处理方法吸收、处理方法(1)碱液吸收法碱液吸收法2NO22NaOHNaNO3NaNO2H2ONONO22NaOH2NaNO2H2O(2)催化剂催化剂转化法转化法2NOx2xCO =N22xCO2催化剂催化剂(3)氨气吸收法氨气吸收法6NO4NH35N26H2O6NO28NH37N212H2O拓展：拓展：SO2和和NOx的吸收、处理方法的吸收、处理方法1:3拓展：拓展：SO2和和NOx的吸收、处理方法的吸收、处理方法练练、氮氧化合物是大气污染的重要因素，根据氮氧化合物是大气污染的重要因素，根据NOx性质性质特点，特点，开发出多种化学治
26、理氮氧化合物污染的方法。开发出多种化学治理氮氧化合物污染的方法。(1)已知已知：4NH36NO5N26H2O,8NH36NO27N212H2O。同温同压下同温同压下，3.5 LNH3恰好将恰好将3.0 LNO和和NO2的混合气体完全的混合气体完全转化为转化为N2，则原混合气体中，则原混合气体中NO和和NO2的体积之比是的体积之比是_。(2)用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物用氢氧化钠溶液可以吸收废气中的氮氧化物，反应的化学方反应的化学方程式如下：程式如下：NO2NO2NaOH2NaNO2H2O 2NO22NaOHNaNO2NaNO3H2O；现有现有V L某某NaOH溶液能完全吸收溶液能完全吸收n molNO2和和m molNO组成的组成的大气污染物。大气污染物。烧碱烧碱溶液的物质的量浓度至少为溶液的物质的量浓度至少为_ mol/L若所得溶液中若所得溶液中c(NO3):c(NO2)1:9，则则原混合气体中原混合气体中NO2和和NO的物质的量之比的物质的量之比n:m_。m+nV3:2拓展：拓展：SO2和和NOx的吸收、处理方法的吸收、处理方法